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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit mit einem Polgehäuse und einem Elektronikgehäuse nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Aus der
DE 10 2014 206 536 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, die einen Poltopf aus Metall aufweist. Auf dem Poltopf ist axial ein Steckerbauteil aus Kunststoff angeordnet, auf dem wiederum ein Deckel aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist. Dabei ist im Steckerbauteil eine Leiterplatte angeordnet, die von einem Abschirmblech umschlossen ist. Die Leiterplatte wird direkt von den Pins des Anschluss-Steckers kontaktiert, der integraler Bestandteil des Elektronikgehäuses ist. Da immer mehr elektronisch Bauelemente auf der Leiterplatte angeordnet werden sollen, wird diese immer größer, so dass sich das Elektronikgehäuse radial weit über den Querschnitt des Polgehäuses erstreckt. Solche Abmessungen der elektrischen Maschine sind unpraktisch für den begrenzten Bauraum im Kraftfahrzeug. Daher ist es Aufgabe der Erfindung den radialen Bauraum des Elektronikgehäuses zu reduzieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Anordnung von zwei voneinander getrennt ausgebildeten Leiterplatinen, die axial übereinander angeordnet sind, das Elektronikgehäuse deutlich kompakter ausgebildet werden kann. Werden beide Leiterplatinen quer zur Rotorwelle direkt über dem Rotor angeordnet, kann somit der Durchmesser des Elektronikgehäuses quer zur Rotorwelle deutlich reduziert werden, so dass dieses deutlich weniger radial über die Umfangswand des Polgehäuses übersteht. Die beiden Leiterplatinen werden vorteilhaft mittels Kontaktbrücken elektrisch miteinander verbunden, die an der Innenseite des Elektronikgehäuses angeordnet sind. Bevorzugt bildet jede Kontaktbrücke eine direkte unmittelbare Verbindung zwischen den beiden Leiterplatinen, ohne dabei elektrisch mit einem anderen Element kontaktiert zu sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktbrücken auf der Innenseite des Anschluss-Steckers befestigt sind, da dann die Leiterplatten bei deren Montage einerseits mit der Stromversorgung der Anschlusspins kontaktiert werden können, und gleichzeitig mittels der Kontaktbrücken die elektrische Verbindung der Leiterplatten für die Signalströme ausbilden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Die Kontaktbrücken sind besonders vorteilhaft U-förmig ausgebildet, wobei ein erster Schenkel die erste Leiterplatte und ein zweiter Schenkel die zweite Leiterplatte elektrisch kontaktiert. Dabei ist jede Kontaktbrücke als separat hergestelltes Element ausgebildet, vorzugweise als Stanzbiegeteil aus Metall.
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Die Kontaktbrücken können sehr kostengünstig an einem sich radial nach innen erstreckenden radialen Fortsatz des Anschluss-Steckers gelagert werden, damit die Leiterplatten in Axialrichtung direkt auf die Kontaktbrücken aufgesteckt werden können. Dabei sind die Kontaktbrücken beispielsweise direkt in den Anschluss-Stecker eingespritzt, oder in diesen eingeklemmt. Bei der U-förmigen Ausbildung der Kontaktbrücken ist der Bügelbereich, der die beiden freien Schenkel miteinander verbindet innerhalb des Kunststoffes des radialen Fortsatzes des Anschluss-Steckers angeordnet. Dadurch ragen die freien Schenkel axial nach oben zu den Leiterplatten hin. Bei der Herstellung des Anschluss-Steckers werden gleichzeitig auch die Anschlusspins für die Stromversorgung und die Signalströme innerhalb des Steckerkragens als Einlegeteile beim Spritzgie-βen mit Kunststoff umspritzt. Daher ist für das Umspritzen der Kontaktbrücken kein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig.
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Die Kontaktierung der freien Enden der Kontaktbrücken mit den Leiterplatinen erfolgt durch Einpresskontakte oder durch eine Schneidklemmverbindung oder durch Federkontakte oder durch eine Lötverbindung. Dabei werden die beiden Leiterplatten bevorzugt direkt bei deren axialer Montage im Elektronikgehäuse mit den jeweiligen Enden der Kontaktbrücken in Verbindung gebracht.
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Besonders günstig ist es, wenn an dem radialen Fortsatz des Anschluss-Steckers eine axiale Anlagefläche ausgebildet ist, an der sich die erste Leiterplatte axial abstützt. Dabei können auch die ersten Seiten der Kontaktbrücken direkt axial aus dieser Anlagefläche herausragen, so dass beim Anlegen der ersten Leiterplatte an die Anlagefläche gleichzeitig die Kontaktierung mit den ersten Seiten der Kontaktbrücken vollzogen wird. Dabei erfolgt auch die Kontaktierung der Stromversorgungspins mit der ersten Leiterplatine im Bereich des radialen Fortsatzes des Anschluss-Steckers. Die zweiten Seiten der Kontaktbrücken ragen dabei ebenfalls axial aus dem radialen Fortsatz hervor, jedoch radial neben der ersten Leiterplatte, um sich so axial bis zur zweiten Leiterplatte hin zu erstrecken.
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Die zweite Leiterplatine ist axial beabstandet zur ersten Leiterplatine angeordnet, wobei der axiale Abstand durch einen axialen Anschlag festgelegt wird, der entweder im Inneren des ersten Gehäuseteils oder im Inneren des zweiten Gehäuseteils angeordnet ist. Vorteilhaft ragt die zweite Leiterplatine in Richtung zum Anschluss-Stecker hin radial über die erste Leiterplatine hinaus, so dass sich der zweite Schenkel der Kontaktbrücke an der ersten Leiterplatte vorbei in Axialrichtung direkt zur zweiten Leiterplatte erstreckt, um diese zu kontaktieren. Dabei ist der zweite Schenkel länger ausgebildet als der erste Schenkel, um den Abstand zwischen den beiden Leiterplatinen zu überbrücken. In einer Variation der Erfindung kann auch die Stromversorgung der zweiten Platine über solch eine Kontaktbrücke zur ersten Leiterplatine erfolgen.
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Gemäß einer ersten Ausführung ist die zweite Leiterplatine an einem Axialanschlag an der Innenseite des ersten Gehäuseteils angeordnet, so dass beide Leiterplatinen nacheinander axial im ersten Gehäuseteil montiert werden, bevor das zweite Gehäuseteil aufgesetzt wird. In einer alternativen Ausführung kann die zweite Leiterplatine direkt axial in das zweite Gehäuseteil eingelegt und befestigt werden, wobei dann bevorzugt die Innenseite der axialen Innenfläche des zweiten Gehäuseteils den Axialanschlag für die axiale Abstützung der zweiten Leiterplatine bildet. Bei dieser Ausführung wird dann das zweite Gehäuseteil mit der darin befestigten zweiten Leiterplatine axial auf das erste Gehäuseteil aufgesetzt, und dabei die beiden Leiterplatinen mittels der Kontaktbrücken elektrisch miteinander verbunden.
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Besonders vorteilhaft ist das zweite Gehäuseteil aus Metall ausgebildet, beispielsweise als Aluminium-Gussteil, um die Wärme der Elektronikeinheit besser abzuführen. Das erste Gehäuseteil kann hingegen sehr kostengünstig als Kunststoff-Spritzgussteil hergestellt werden, in dem die Axialanschläge für die Leiterplatten einstückig angeformt werden können. Ebenso kann der Anschluss-Stecker in einer bevorzugten Alternative direkt einstückig mit dem ersten Gehäuseteil aus Kunststoff hergestellt werden, wobei die Anschlusspins und die Kontaktbrücken direkt als Einlegeteile im Spritzgusswerkzeug mit Kunststoff umspritzt werden. Dabei kann auch der radial nach innen ragende Fortsatz des Anschluss-Steckers mit der Anlagefläche für die erste Leiterplatine einstückig mit ausgebildet werden.
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In einer alternativen Ausführung ist der Anschluss-Stecker als separates Bauteil mittels Kunststoff-Spritzgießen ausgebildet. Dieses separate Bauteil wird dann in einen Durchbruch in der Umfangswand des ersten Gehäuseteils eingesetzt und vorzugsweise gegenüber dem ersten Gehäuseteil abgedichtet. Dies hat den Vorteil, dass das erste Gehäuseteil aus einem anderen Material, beispielsweise aus Metall, gefertigt werden kann, in den der Anschluss-Stecker aus Kunststoff eingesetzt ist. Bei dieser Ausführung kann das komplette Elektronikgehäuse aus Metall als Faradayscher Käfig dienen, der direkt mit dem Poltopf aus Metall kontaktiert ist. Der separat gefertigte Anschluss-Stecker kann aus einem viel einfacheren Spritzguss-Werkzeug hergestellt werden, als ein Elektronikgehäuse mit integriertem Anschluss-Stecker. Zur besseren Entwärmung der Elektronikbauteile können diese in direktem Wärmekontakt zu den Gehäuseteilen aus Metall angeordnet werden. Beispielweise können die Elektronikkomponenten, die auf der zweiten Leiterplatine hin zum zweiten Gehäuseteil angeordnet sind, direkt - oder mittels Wärmeleitpaste - an der Innenseite des zweiten Gehäuseteils anliegen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist zwischen dem Stator und der ersten Leiterplatine ein Schutzschild angeordnet, das verhindert, dass Metallspäne oder Schmutzpartikel vom Motorgehäuse in das Elektronikgehäuse gelangen. Das Schutzschild ist beispielweise aus Kunststoff gefertigt und bewirkt gleichzeitig eine thermische Trennung zwischen dem Elektronikgehäuse mit den Leiterplatinen und dem Motorgehäuse mit den elektrischen Spulen. Dabei ist das Schutzschild besonders günstig kreisförmig ausgebildet, so dass dessen Umfang sich axial bis zum Polgehäuse hin erstreckt. Dabei kann das Schutzschild besonders günstig zusammen mit dem Lagerschild an der Öffnung des Polgehäuses befestigt werden. Beispielweise wird das Schutzschild beim Anflanschen des ersten Gehäuseteils axial am Polgehäuse fixiert. Das Schutzschild ist bevorzugt hauben- oder glockenförmig ausgebildet, so dass es am radial äußeren Bereich bis zum Flansch des Polgehäuses reicht, und im radial mittleren Bereich fast bis zur ersten Leiterplatte heran reicht.
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Um eine einfache Drehlageerfassung des Rotors zu realisieren, ist bevorzugt im Zentrum der Schutzhaube eine zentrale Öffnung ausgebildet, in die hinein das Ende der Rotorwelle mit einem daran befestigten Signalgeber reicht. Dabei kann unmittelbar axial gegenüber zum Signalgeber das Sensorelement auf der ersten Leiterplatine angeordnet werden, um das Signal des Signalgebers auszuwerten. Dabei ist der Signalgeber beispielweise als Gebermagnet und das Sensorelement als Magnetsensor ausgebildet, um die Drehlage des Rotors zu erfassen. Der Magnetsensor kann beispielsweise als GMX- oder GMR-Sensor ausgebildet sein, der die räumliche Ausrichtung des Sensormagneten direkt erfasst. Die zentrale Öffnung in der Schutzhaube reicht radial möglichst nahe an den Signalgeber heran, um den radialen Spalt zwischen diesen möglichst gering zu halten. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise Metallspäne, die bei der Montage des Stators in das Polgehäuse entstehen, zu den Leiterplatinen gelangen können.
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Des Weiteren sind in der Schutzhaube Durchgangsführungen für die Phasenanschlüsse ausgeformt, so dass diese durch die Schutzhaube exakt gegenüber den Anschlusslöchern in der ersten Leiterplatte positioniert werden. Die Phasenanschlüsse sind als axiale Leiterstreifen ausgebildet, die sich von der Verschalteplatte der einzelnen Spulen durch axiale Öffnungen im Lagerschild hindurch durch die Durchgangsführungen in der Schutzhaube zur Leiterplatte hin erstrecken. Dadurch werden die Statorspulen durch die Steuerelektronik auf den Leiterplatinen elektronisch kommutiert, um den Rotor in Drehbewegung zu versetzen.
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Durch die Integration von Kontaktelementen innerhalb des Kunststoffgehäuses kann eine elektromagnetische Abschirmung für die Leiterplatinen innerhalb des Kunststoffgehäuses realisiert werden. Dabei ist das Kunststoffgehäuse axial zwischen einem Polgehäuse aus Metall und einem zweiten axialen Gehäuseteil angeordnet, das beispielweise als Kühldeckel aus Metall ausgebildet ist. Durch die Anordnung der Kontaktelemente im Inneren des ersten Gehäuseteils aus Kunststoff, wird der benötigte Bauraum für die elektrische Antriebseinheit reduziert, da um das Gehäuse herum keine zusätzlichen Abschirmbleche angeordnet werden müssen. Dabei kann die elektrisch leitende Verbindung des Kontaktelements sowohl zu den Elektronikplatinen als auch zum Polgehäuse mittels unterschiedlicher Kontaktierverfahren, wie Löten, oder Schweißen, oder Bonden, oder Einpressen, oder mittels eines Federkontakts realisiert werden. Besonders günstig kann der elektrisch leitende Kontakt des Kontaktelements zum Polgehäuse hin durch eine federnde Kontaktzunge realisiert werden, die sich in Axialrichtung zum Polgehäuse hin erstreckt. Die elektrische Verbindung zwischen der Elektronikplatine und dem Gehäusedeckel aus Metall wird verfahrenstechnisch besonders günstig durch Kontaktfedern realisiert, die zuvor auf der Elektronikplatine kontaktiert und angeordnet sind. Dabei wird mit der axialen Montage des Gehäusedeckels gleichzeitig ein elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Elektronikplatine und dem Gehäusedeckel hergestellt, indem die Kontaktfeder axial federnd gegen die Innenseite des Metalldecks gepresst wird. Dabei wird der Massekontakt zwischen dem Polgehäuse und dem Metalldeckel einerseits durch das Kontaktelement, das in die Gehäusewand des ersten Gehäuseteils eingefügt ist, hergestellt, und andererseits durch die Kontaktfeder zwischen der zweiten Elektronikplatine und dem Metalldeckel. Der Massekontakt zwischen der ersten und zweiten Leiterplatine kann durch die Kontaktbrücken hergestellt werden.
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Durch die Anordnung der Elektronikeinheit axial unmittelbar über dem Elektromotor, kann an einem Ende der Rotorwelle vorteilhaft ein Signalgeber angeordnet werden, der mit einem entsprechenden Sensor der Elektronikeinheit zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Rotorlage von der Elektronikeinheit erfasst werden, beispielsweise um die elektronische Kommutierung des Elektromotors zu steuern oder die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle oder die Position von einem durch die Rotorwelle angetriebenen Teil zu bestimmen. Auf der offenen Seite des Poltopfes ist bevorzugt ein Lagerschild angeordnet, in dem die Rotorwelle beispielsweise mittels eines Wälzlagers gelagert ist. Dabei tritt die Rotorwelle durch das Lagerschild hindurch und ragt in das Elektronikgehäuse hinein, wobei der Signalgeber bevorzugt am freien Ende der Rotorwelle angeordnet ist. Besonders günstig ist es, wenn der Signalgeber in Axialrichtung Signale abgibt, die ein axial unmittelbar gegenüberliegendes Sensorelement erfassen kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Sensorelement direkt auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei dieses beispielsweise die Orientierung eines Magnetfelds erfassen kann. Durch die Anordnung des Elektronikgehäuses an der axial offenen Seite des Poltopfes kann an der gegenüberliegenden Seite des Poltopfes eine Durchgangsöffnung im Boden des Poltopfes ausgebildet werden, durch den die Rotorwelle nach außen ragt. Dadurch kann an dem zweiten freien axialen Ende der Rotorwelle ein Abtriebselement angeformt oder angeordnet werden, dass beispielsweise ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug verstellt oder eine Pumpe oder Gebläse antreibt.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ausführungen der Beschreibung und der Zeichnungen, wie diese in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit, und
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit.
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In 1 ist eine elektrische Antriebseinheit 10 dargestellt, die als Elektromotor 9 mit einem Gehäuse 11 ausgebildet ist. In einem Polgehäuse 12 des Gehäuses 11 ist ein Stator 60 angeordnet, der mit einem auf einer Rotorachse 20 angeordneten Rotor 62 zusammenwirkt. Der Rotor 62 weist eine Rotorwelle 64 auf, auf der ein Rotorkörper 66 angeordnet ist, der vorzugsweise aus einzelnen Blechlamellen 67 zusammengesetzt ist. Die Rotorwelle 64 ist im Ausführungsbeispiel mittels eines ersten Lagers 68 am Boden 14 des Polgehäuses 12 gelagert. Hierzu weist das Polgehäuse 12 einen axialen Fortsatz 16 auf, der als Lagersitz für das erste Lager 68 ausgebildet ist. Das Polgehäuse 12 ist als Poltopf 13 ausgebildet, der beispielsweise als Tiefziehteil hergestellt ist. Die Rotorwelle 64 ragt mit einem zweiten axialen Ende 63 durch einen Durchbruch 70 des Polgehäuses 12 aus diesem heraus, um ein Drehmoment des Elektromotors 9 auf ein nicht näher dargestelltes Getriebe oder Pumpe oder Gebläse zu übertragen. Dabei ist der Durchbruch 70 am axialen Fortsatz 16 ausgebildet, wobei außerhalb des Polgehäuses 12 an der Rotorwelle 64 ein Abtriebselement 74 angeordnet, beziehungsweise an der Rotorwelle 64 ausgeformt ist. Das Polgehäuse 12 besteht aus Metall und ist somit als magnetischer Rückschluss für den Stator 60 ausgebildet. Bei der Ausbildung des Elektromotors 9 als EC-Motor 8 sind im Stator 60 im radialen äußeren Bereich des Polgehäuses 12 elektrische Spulen 76 angeordnet, die ein Magnetfeld erzeugen, um im Rotor 62 angeordnete Permanentmagnete 78 in Drehung zu versetzen. Das Polgehäuse 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als näherungsweise zylindrischer Poltopf 13 ausgebildet, der axial offen ausgebildet ist. An der axialen Öffnung 80 des Polgehäuses 12 ist ein Lagerschild 50 angeordnet, in dem ein zweites Lager 58 der Rotorwelle 64 befestigt ist. Das Lagerschild 50 ist beispielsweise aus Metall als Stanz-Biege-Teil hergestellt und am offenen Rand 81 des Polgehäuses 12 eingesteckt, und beispielsweise festgeschweißt. Durch das zweite Lager 58 hindurch ragt ein, dem Abtriebselement 74 gegenüberliegendes erstes freies Ende 65 der Rotorwelle 64, auf dem ein Signalgeber 83 zur Rotorlageerfassung angeordnet ist. Zwischen dem Lagerschild 50 und den Spulen 76 ist eine Verschaltungsplatte 77 angeordnet, die die einzelnen Spulen 76 untereinander verbindet und elektrische Phasenanschlüsse 75 axial durch das Lagerschild 50 hindurch aus dem Inneren des Polgehäuses 12 in das Elektronikgehäuse 30 führt. Das Polgehäuse 12 - mit dem darin vollständig gelagerten Rotor 62 - stellt eine vormontierte Baueinheit eines Rumpfmotors 18 dar, an den axial unterschiedliche Gehäusebauteile angeflanscht werden können. Dazu ist am offenen Rand 81 des Polgehäuses 12 ein Flansch 22 angeformt, an dem im Ausführungsbeispiel axial ein Elektronikgehäuse 30 anliegt, das aus einem ersten axialen Gehäuseteil 31 und einem zweiten axialen Gehäuseteil 32 zusammengesetzt ist. Das Polgehäuse 12 und das Elektronikgehäuse 30 bilden zusammen das Gehäuse 11 der Antriebseinheit 10.
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Das erste axiale Gehäuseteil 31 liegt axial am Polgehäuse 12 an. Hierzu weist das erste axiale Gehäuseteil 31 einen Gegenflansch 23 auf, der bevorzugt mit dem Flansch 22 des Polgehäuses 12 verschweißt oder in dieses eingepresst ist. Der Flansch 22 und der Gegenflansch 23 sind näherungsweise kreisförmig ausgebildet, wobei die Grundfläche des ersten axialen Gehäuseteils 31 in der Draufsicht in 1 von oben näherungsweise beispielsweise rechteckig ausgebildet ist, und das Polgehäuse 12 radial überragt. Das erste axiale Gehäuseteil 31 weist an der axial vom Polgehäuse 12 abgewandten Seite eine Montageöffnung 40 auf, die von dem zweiten axialen Gehäuseteil 32 vollständig verschlossen wird. Das bedeutet, dass das Elektronikgehäuse 30 eine Trennebene 34 quer zur Rotorachse 20 aufweist, an dem die beiden axialen Gehäuseteile 31, 32 miteinander verbunden sind. Gemäß der Ausführung in 1 weist hierzu das erste axiale Gehäuseteil 31 axial gegenüberliegend zum Gegenflansch 23 einen zweiten Flansch 35 auf, der an einem zweiten Gegenflansch 36 des zweiten Gehäuseteils 32 ausgebildet ist. Auch dieser zweite Flansch 35 liegt am zweiten Gegenflansch 36 an und ist bevorzugt elektrisch mit dem zweiten Flansch 35 verbunden. Die Montageöffnung 40 in der Trennebene 34 ist bevorzugt näherungsweise rechteckig ausgebildet. Der zweite Flansch 35 und der Gegenflansch 36 umschließen die Montageöffnung 40 und sind daher ebenfalls näherungsweise ein rechteckig ausgebildet. Das erste Gehäuseteil 31 ist hierbei als Tiefziehteil aus Metallblech ausgebildet. Das zweite Gehäuseteil 32 ist hier zur besseren Wärmeabführung aus Aluminium hergestellt. Beispielsweise wird dieses Aluminium-Gehäuseteil mittels Spritz- oder Druckguss-Verfahren hergestellt. Dabei sind an der Außenwand des zweiten Gehäuseteils 32 Wärmeleitelemente 38 angeformt, die beispielsweise als Kühlrippen 39 oder Kühlnoppen ausgebildet sind.
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Zur Montage der elektrischen Antriebseinheit 10 wird zuerst der Rumpfmotor 18 mit dem ersten axialen Gehäuseteil 31 verbunden. In diesem Zustand kann das erste Gehäuseteil 31 über die Montageöffnung 40 axial mit weiteren Bauteilen, insbesondere den Leiterplatinen, bestückt werden. Ebenso kann das zweite Gehäuseteil 32, bevor dieses auf das erste Gehäuseteil 31 aufgesetzt wird, mit entsprechenden Bauteilen, insbesondere einer Leiterplatine, bestückt werden. Im Ausführungsbeispiel ist am ersten Gehäuseteil 31 ein Anschluss-Stecker 42 zur elektrischen Kontaktierung der Antriebseinheit 10 angeordnet. Hierzu ist an einer radialen Umfangswand 43 des ersten Gehäuseteils 31 eine Durchgangsöffnung 44 ausgeformt, in die der Anschluss-Stecker 42 als separates Bauteil aus Kunststoff eingefügt ist. Der Anschluss-Stecker 42 weist einen Steckerkragen 45 auf, in dem die einzelnen Anschluss-Pins 46 für die Stromversorgung und die Sensorsignale angeordnet sind. Der Anschluss-Stecker 42 ist hier beispielsweise radial von außen in den Durchbruch 44 eingesteckt, und an der Innenseite der radialen Umfangswand 43 befestigt, beispielsweise verschraubt, verclipst oder vernietet. Zwischen dem Anschluss-Stecker 42 und der Wand des ersten Gehäuseteils 31 wird ein Dichtelement 47 eingepresst. Das Dichtelement 47 ist hier beispielsweise als Manschettendichtung 48 ausgebildet, die mit dem Anschluss-Stecker 42 in den Durchbruch 44 radial von außen miteingefügt wird.
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Im Inneren des Elektronikgehäuses 30 ist als Elektronikeinheit 89 eine erste Leiterplatine 87 und eine zweite Leiterplatine 88 angeordnet. Beide Leiterplatinen 87, 88 erstrecken sich quer zur Rotorwelle 64 und sind axial beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Leiterplatinen 87, 88 sind über Kontaktbrücken 122 elektrisch miteinander verbunden, so dass die elektronischen Bauteile prinzipiell beliebig auf den beiden Leiterplatten 87, 88 verteilt werden können. Die Kontaktbrücken 122 sind an der Innenseite des Anschluss-Steckers 42 befestigt, bevorzugt in den Anschluss-Stecker 42 eingelegt oder mit dem Anschluss-Stecker 42 umspritzt. Hierzu weist der Anschluss-Stecker 42 im Inneren des Gehäuses 30 einen radialen Fortsatz 124 auf, an dem eine axiale Anlagefläche 126 für die erste Leiterplatte 87 angeformt ist. Im Ausführungsbeispiel ist im ersten Gehäuseteil 31 ein weiterer axialer Anschlag 127 angeformt, an dem die erste Leiterplatte 87 ebenfalls axial anliegt. Bei der axialen Montage der ersten Leiterplatte 87 liegt diese auch an der Anlagefläche 126 des Anschluss-Steckers 42 an. Dabei wird die erste Leiterplatte 87 sowohl von den Kontaktbrücken 122 als insbesondere auch direkt von den Anschluss-Pins 46 kontaktiert, beispielsweise mittels Einpress- oder Federverbindungen. Die Anschluss-Pins 46 sind ebenfalls als Einlegeteile in den separaten Anschluss-Stecker 42 eingefügt, bzw. mit diesem umspritzt. Dabei können die Kontaktbrücken 122 optional auch integraler Bestandteil der Anschluss-Pins 46 sein (in Fig. gestrichelt dargestellt), so dass beispielsweise beide Leiterplatinen 87, 88 direkt von den Anschluss-Pins 46 kontaktiert werden. Hierbei erstreckt sich die zweite Leiterplatine 88 in Radialrichtung 26 über die erste Leiterplatine 87 hinaus, so dass die Kontaktbrücke 122 sich in Axialrichtung 25 an der ersten Leiterplatine 87 vorbei zur zweiten Leiterplatine 88 erstreckt. Die Anschluss-Pins 46 sind bevorzugt als Stanz-Biegeteile ausgebildet und dienen sowohl der Stromversorgung des Elektromotors 9 als auch zur Übertragung von Sensorsignalen - insbesondere zur Drehlageerfassung. Bevor das zweite axiale Gehäuseteil 32 axial auf die Montageöffnung 40 des ersten Gehäuseteils 31 aufgesetzt wird, wird die zweite Leiterplatte 88 an der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 32 festgeklebt. Dabei liegen elektronische Bauelemente 90, die tendenziell viel Wärme produzieren, direkt an der Innenwand an. Dabei kann beispielsweise auch ein gut wärmeleitender Kleber verwendet werden. Bevorzugt wird die zweite Leiterplatte 88 elektrisch isolierend in das zweite Gehäuseteil 32 eingefügt, optional kann jedoch auch direkt ein Massekontakt der zweiten Leiterplatte 88 zum zweiten Gehäuseteil 32 hergestellt werden. Alternativ zum Einkleben können die Leiterplatten 87, 88 auch hart oder weich in das Elektronikgehäuse 30 eingeschraubt oder eingeclipst werden. Zum Schutz vor Erschütterungen können die Leiterplatten 87, 88 auch schwimmend oder mittels Federelementen dämpfend gelagert werden.
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Auf einer der Leiterplatten 87, 88 - hier auf der zweiten Leiterplatte 88 - ist auf der dem Rumpfmotor 18 zugewandten Seite ein Sensorelement 94 angeordnet, das die Signale des Signalgebers 83 auswerten kann. Die erste Leiterplatte 87 weist hierbei beispielsweise eine Aussparung 85 auf, durch die das erste freie Ende 65 der Rotorwelle 64 mit dem Signalgeber 83 axial hindurchragt. Beispielsweise ist der Signalgeber 83 als Sensormagnet 84 ausgebildet, dessen axiales Magnetfeld von einem als Magnetsensor 95 ausgebildeten Sensorelement 94 detektierbar ist. Dieses kann beispielsweise als GMR- oder GMX-Sensor ausgebildet sein, der direkt die Drehlage des Sensormagneten 84 erfassen kann. Die Elektronikeinheit 89 kann dieses Signal auswerten, um hiermit beispielsweise die elektronische Kommutierung des EC-Motors 8 anzusteuern. Außerdem kann das Drehlagesignal auch für die Bewegung des Abtriebselements 74 für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden. Bei der Montage der ersten Leiterplatte 87 wird eine elektrische Verbindung zwischen dieser und den Phasenanschlüssen 75 der Spulen 76 hergestellt. Diese kann beispielsweise mittels Steckverbindungen hergestellt werden. Dabei kann die erste Leiterplatte 88 vor dem Verschließen mit dem zweiten Gehäuseteil 32 axial in das erste Gehäuseteil 31 eingefügt und/oder befestigt werden. Beispielsweise kann auch das zweite Gehäuseteil 32 nur als Platte ohne radiale Umfangswand ausgebildet werden, wobei dann das korrespondierende erste Gehäuseteil 31 eine entsprechend axial höhere radiale Umfangswand 43 aufweist. Anstelle der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Polgehäuse 12 und dem ersten Gehäuseteil 31, sowie zwischen den beiden Gehäuseteilen 31 und 32 können auch andere Verbindungstechniken, wie beispielsweise verbördeln, verklinchen, toxen, einpressen oder verschrauben angewandt werden. Je nach Anwendung kann hierbei gegebenenfalls auch auf eine Dichtung verzichtet werden.
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2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung, bei der der Anschluss-Stecker 42 einteilig mit dem ersten Gehäuseteil 31 aus Kunststoff hergestellt ist. Dabei ist der äußere Steckerkragen 45 integraler Bestandteil der radialen Umfangswand 43 des ersten Gehäuseteils 31. Auf der Innenseite des Anschluss-Steckers 42 ist wie in 1 bei dem als separates Bauteil ausgebildeten Anschluss-Stecker 42, der radiale Fortsatz 124 angeformt, an dem die Kontaktbrücken 122 angeordnet sind. Die Kontaktbrücken 122 sind entweder in den radialen Fortsatz 124 eingesteckt oder eingelegt, oder mit dem Kunststoff des radialen Fortsatzes 124 umspritzt. Die Kontaktbrücken 122 sind in diesem Ausführungsbeispiel U-förmig ausgebildet, so dass ein erster Schenkel 131 mit der ersten Leiterplatte 87 kontaktiert ist, und ein zweiter Schenkel 132 mit der zweiten Leiterplatte 88 kontaktiert ist. Dabei ragen beide Schenkel 131, 132 in Axialrichtung 25 frei nach oben. Ein Bügel 128, der die beiden Schenkel 131, 132 verbindet, ist hingegen innerhalb des radialen Fortsatzes 124 des Anschluss-Steckers 42 angeordnet, und von dessen Kunststoff umgeben. Auch bei dieser Ausführung ist die radiale Erstreckung der ersten Leiterplatte 87 im Bereich des radialen Fortsatzes 124 geringer, als die radiale Erstreckung der zweiten Leiterplatte 88. Dadurch kann der zweite Schenkel 132, der in Axialrichtung 25 länger ausgebildet ist als der erste Schenkel 131, an der ersten Leiterplatte 87 vorbei direkt die zweite Leiterplatte 88 kontaktieren. Bevorzugt ist die Kontaktierung als Einpresskontakt oder als Federkontakt oder als Lötverbindung ausgebildet. Dadurch ensteht mittels der Kontaktbrücken 122 eine elektrische leitende Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten 87, 88. Durch die Kontaktbrücken 122 findet so die elektrische Signalkommunikation zwischen beiden Leiterplatten 87, 88 statt, wobei die Anzahl der Kontaktbrücken 122 von der Anzahl und Komplexität der elektronischen Bauteile 90 auf den beiden Leiterplatten 87, 88 abhängt. Bevorzugt dienen die Kontaktbrücken 122 der Signalkommunikation zwischen den beiden Leiterplatten 87, 88. Für die Stromversorgung von der ersten Leiterplatine 87 zur zweiten Leiterplatine 88 können in ähnlicher Weise Kontaktbrücken 122 zwischen den Leiterplatinen 87, 88 ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführung sind die beiden Leiterplatinen 87, 88 - unabhängig von den Kontaktbrücken 122 - direkt von den Außenpins 46 für die Stromversorgung kontaktiert. In 2 ist die erste Leiterplatine 87 ohne zentrale Aussparung 85 ausgebildet. Hingegen ist gegenüberliegend zum Ende 65 der Rotorwelle 64 das Sensorelement 94 auf der Leiterplatine 87 angeordnet, das beispielweise als Magnetfeldsensor 95 ausgebildet ist. Am Ende 65 der Rotorwelle 64 ist wiederum als Signalgeber 83 der Sensormagnet 84 angeordnet, dessen Signal für die Drehlageerfassung des Rotors 62 von dem Sensorelement 94 ausgewertet wird. Des Weiteren sind wieder die Phasenanschlüsse 75, die von der Verschalteplatte 77 axial nach oben abstehen mit der ersten Leiterplatine 87 kontaktiert, beispielsweise mittels Einpress-Kontakten, oder verlötet. Bei der Ausführung gemäß 2 ist zwischen der ersten Leiterplatine 87 und dem Stator 60 eine Schutzhaube 136 angeordnet, die sich axial über die Verschalteplatte 77 und das darüber angeordnete Lagerschild 50 wölbt. Die Schutzhaube 136 weist in ihrem Zentrum einen zentralen Durchbruch 137 auf, indem der Signalgeber 83 am Ende 65 der Rotorwelle 64 hineinragt. Der radiale Spalt 138 zwischen dem zentralen Durchbruch 137 und dem Signalgeber 83 ist möglichst gering, damit keine Metallspäne oder Schmutzpartikel aus dem Bereich des Stators 60 zu den Leiterplatinen 87, 88 im Elektronikgehäuse 30 gelangen können. Die Schutzhaube 136 ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt, der gleichzeitig eine thermische Isolationsschicht zwischen den Leiterplatinen 87, 88 und dem Rumpfmotor 18 mit dem Stator 60 und dem Rotor 62 bildet. Dadurch kann die Wärmeübertragung zwischen den Leiterplatinen 87, 88 und den Spulen 76 unterbunden werden. Die Phasenanschlüsse 75 erstrecken sich durch Freisparungen im Lagerschild 50 zur Schutzhaube 136 hin. In der Schutzhaube 136 sind Durchführungen 140 ausgebildet, durch die hindurch die Phasenanschlüsse 75 in Axialrichtung 25 hindurchgreifen und sich bis zur ersten Leiterplatine 87 erstecken. Die Durchgangsführungen 140 positionieren die Phasenanschlüsse 75 in der Ebene quer zur Axialrichtung 25, so dass die Enden 73 der Phasenanschlüsse 75 exakt zu entsprechenden Aufnahmen 72 in der ersten Leiterplatine 87 positioniert sind. Die Schutzhaube 136 weist einen kreisförmigen Umfang 142 auf, der am Polgehäuse 12 anliegt. Das Lagerschild 50 ist ebenfalls mit seinem äußeren Umfang 51 in eine erste Stufe 82 an der axialen Öffnung 80 eingefügt. Bei dieser Ausführung ist der Umfang 142 der Schutzhaube 136 ebenfalls axial in diese erste Stufe 82 der axialen Öffnung 80 eingefügt. Beispielsweise liegt der Umfang 142 axial am Umfang 51 des Lagerschildes 50 an. Am Flansch 22 des Polgehäuses 12 liegt das erste Gehäuseteil 31 axial an und überlappt radial mit dem Umfang 142 der Schutzhaube 136. Dadurch ist der Umfang 142 radial und auch axial in der ersten Stufe 82 des Polgehäuses 12 fixiert. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung kann die Schutzhaube 136 auch direkt an der Innenwand des ersten Gehäuseteils 31 befestigt sein. Dabei kann die Form anstelle einer Haube auch eine näherungsweise ebene Membran annehmen, die etwa parallel zur ersten Leiterplatine 87 verläuft. Zur Masseanbindung der Leiterplatinen 87, 88 im ersten Gehäuseteil 31 ist ein Kontaktelement 100 angeordnet, das mit einem ersten Ende 102 an der Innenseite des Polgehäuses 12 anliegt. Das gegenüberliegende axiale Ende 104 ist hier mit der ersten Leiterplatine 87 kontaktiert, beispielweise als Federkontakt oder Einpresskontakt oder mittels einer Lötverbindung. Über die Kontaktbrücken 122 kann die Masse des Polgehäuses 12 auch an der zweiten Leiterplatine 88 zur Verfügung gestellt werden. Das erste Ende 102 ist beispielweise als Federkontakt 103 ausgebildet, der radial von innen nach außen durch eine radiale Vorspannung an die Innenseite des Polgehäuses 12 gepresst wird. Zur Masseanbindung des zweiten Gehäuseteils 32, das hier als Metallgehäusedeckel ausgebildet ist, ist zwischen der zweiten Leiterplatine 88 und der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 32 eine Kontaktfeder 110 angeordnet, mittels der auch das zweite Gehäuseteil 32 mit dem Masse-Niveau des Polgehäuses 12 verbunden ist. Auf der zweiten Leiterplatine 88 sind weitere elektronische Bauelemente 90 angeordnet, die entstehende Wärme direkt an das zweite Gehäuseteil 32 abgeben können. An der Außenseite sind an dem zweiten Gehäuseteil 32 als Wärmeleitelemente 38 Wärmelamellen 39 angeordnet.
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Die zweite Leiterplatine 88 ist ebenfalls im ersten Gehäuseteil 31 an einem axiaten Anschlag 125 angeordnet, der den axialen Abstand zur ersten Leiterplatine 87 vorgibt. Bei dieser Ausführung wird zuerst die erste Leiterplatine 87 axial in das Gehäuseteil 31 eingesetzt, wobei die ersten Schenkel 131 mit der ersten Leiterplatine 87 kontaktiert werden. Danach wird die zweite Leiterplatine 88 axial eingesetzt, wobei die zweiten Schenkel 132 mit der zweiten Leiterplatine 88 kontaktiert werden. Beim Einsetzen der beiden Leiterplatinen 87, 88 werden gleichzeitig auch die Kontakte zur Stromversorgung mit den Anschlusspins 46 hergestellt. Danach wird das zweite Gehäuseteil 32 axial aufgesetzt, wobei optional dieses direkt mittels der Kontaktfeder 110 elektrisch mit der zweiten Leiterplatine 88 kontaktiert wird. Auf den Leiterplatinen 87, 88 sind als weitere elektronische Bauteile beispielsweise ein Mikroprozessor, Leistungshalbleiterelemente und Entstörbauteile angeordnet. Die Anordnung der elektronischen Bauelemente 90 auf den beiden Leiterplatinen 87 oder 88 kann entsprechend den Anforderungen (Bauraum, Wärmeabfuhr, Signalgeber) frei variiert werden, da über die erfindungsgemäßen Kontaktbrücken 122 die beiden separat ausgebildeten Leiterplatinen 87, 88 entsprechend wie eine einzige große Leiterplatine beschaltet werden können.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. Auch kann die Ausführung der beiden Gehäuseteile 31, 32 rechteckig oder wie des Polgehäuse 12 rund oder oval ausgebildet sein. Der Anschluss-Stecker 42, mit dem sich nach Innen erstreckenden radialen Forstsatz 124, kann als separat hergestelltes Bauteil oder integral mit dem ersten Gehäuseteil 31 ausgebildet sein. Anstelle der Schweißverbindung zwischen dem Polgehäuse 12 und dem ersten Gehäuseteil 31 können auch andere Verbindungstechniken, wie beispielsweise verbördeln, verklinchen, verschrauben, toxen oder einpressen angewandt werden. Je nach Ausführung der Antriebseinheit 10 können die Leiterplatinen 87, 88 unterschiedliche elektronische Funktionsgruppen, wie die Sensorik 94, 83, die Entstörelemente und die EC-Motoransteuerung mit einem Mikroprozessor aufnehmen, wobei immer mindestens die elektrische Kontaktierung der Spulen 76 realisiert ist. Bei Bedarf können auch drei oder mehr Leiterplatinen 87, 88 axial übereinander angeordnet werden. Die erfinderische Antriebseinheit 10 eignet sich besonders als Ausführung eines EC-Motors 8 zur Verstellung beweglicher Komponenten oder für Rotationsantriebe im Kraftfahrzeug. Dabei kann ein solcher erfindungsgemäßer Elektromotor 9 besonders günstig im Außenbereich, wie beispielsweise im Motorraum eingesetzt werden, wo er extremen Witterungsbedingungen und Erschütterungen ausgesetzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206536 A1 [0002]
